基于参数化方法的城市住区热环境多目标优化设计研究
发布时间：2021-10-26 02:19
我国城市室外热环境形势严峻,尤以湿热地区问题突出。城市住区是城市的重要组成部分,也是与人们生活关系最为密切的区域。为从规划设计阶段着手控制和解决住区室外热环境问题,我国颁布了多部绿色评价标准和设计规范。然而,现有的城市住区性能优化侧重于方案评价而非设计,方案的性能优化方法和软件工具并不完善,无法满足多目标性能优化设计的需求。因此,本文以城市住区室外热环境优化为出发点,基于参数化设计和多目标寻优算法,开展城市住区的绿色优化设计研究。首先,论文通过对城市住区设计过程和绿色住区评价体系的研究,提出相应的城市住区优化设计方法,筛选面向方案阶段的优化目标及其性能评价指标。基于参数化软件Rhinoceros&Grasshopper,研究方案的生成规则与方法,检验了SPEA2和HpyE进化算法插件Octopus的多目标优化性能。其次,从现有住区热岛强度计算问题出发,通过湿热地区夏季住区室外热环境测试,明确住区热岛强度的定义,为合理指导住区热岛强度的计算与设计提供科学依据。提出并验证基于改进绿色CTTC模型的住区热岛强度计算方法,通过实测获得改进绿色CTTC模型的关键参数:树木的太阳辐射遮挡率...
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 城市住区的绿色设计优化过程
1.2.2 城市住区现有绿色评价体系
1.2.3 面向方案阶段的设计优化工具
1.2.4 参数化设计与多目标优化
1.2.5 住区室外环境的快速计算方法
1.2.6 总结与讨论
1.3 本论文的研究工作
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 工作框架
第二章 城市住区的优化设计方法研究
2.1 概述
2.2 研究背景
2.3 优化设计方法
2.3.1 优化设计阶段的界定
2.3.2 人机结合优化系统的必要性
2.3.3 基于参数化设计方法的优化系统结构
2.3.4 多目标优化设计的数学描述
2.4 优化目标及评价指标的筛选
2.4.1 评价指标的筛选
2.4.2 评价指标的计算方法
2.4.3 评价指标与适应值的换算
2.5 优化平台和模型生成方法的确立
2.5.1 参数化软件平台简介
2.5.2 参数化模型的原理
2.5.3 住区模型生成范例
2.6 智能优化算法和计算插件的选择
2.6.1 进化算法的发展现状
2.6.2 进化寻优算法的原理
2.6.3 参数化设计寻优插件
2.7 本章小结
第三章 住区热岛强度定义及空间尺度的实验研究
3.1 概述
3.2 研究现状
3.2.1 住区的内部环境
3.2.2 住区周边的城区热环境
3.2.3 中尺度气象条件的影响
3.2.4 研究不足
3.3 研究方法
3.3.1 测试住区与时间
3.3.2 热岛计算的基准温度选取
3.3.3 测点布置
3.3.4 热环境测试
3.3.5 热环境设计参数测试
3.4 实测结果
3.4.1 测试日天气条件
3.4.2 热岛计算的基准温度
3.4.3 住区气温
3.4.4 住区热环境设计参数
3.4.5 住区测点气温
3.5 分析与讨论
3.5.1 城区热岛强度
3.5.2 住区热岛强度
3.5.3 住区测点热岛强度
3.5.4 热岛空间尺度分级
3.6 本章小结
第四章 基于改进绿色CTTC模型的住区热岛强度计算
4.1 概述
4.2 绿色CTTC模型简介
4.3 改进绿色CTTC模型
4.3.1 太阳辐射热扰与热时间常数计算方法的改进
4.3.2 太阳辐射-树木-气温算法的改进
4.3.3 阴影率计算的确定
4.4 住区微气候测试方法
4.4.1 测试住区
4.4.2 测试方法
4.4.3 测试时间
4.5 测试结果与分析
4.5.1 城区微气候
4.5.2 住区微气候
4.5.3 树木对流换热率
4.6 模型性能验证
4.6.1 住区气温
4.6.2 住区热岛强度
4.7 本章小结
第五章 住区遮挡效应与建筑表面风压差的计算
5.1 概述
5.2 研究现状
5.3 模拟方法及验证
5.3.1 模拟工况
5.3.2 模拟参数的设置
5.3.3 模拟方法的验证
5.4 模拟结果与分析
5.4.1 单栋建筑风压差系数
5.4.2 住区风压差系数
5.4.3 风压差系数比
5.4.4 住区建筑风压差系数
5.5 住区建筑风压差的计算方法
5.5.1 遮挡效应表征参数
5.5.2 住区建筑风压差的参数化模型
5.6 本章小结
第六章 绿色住区优化设计软件平台的开发
6.1 概述
6.2 软件平台框架
6.3 参数化建模模块
6.3.1 模块功能的设定
6.3.2 主要参数的算法
6.3.3 模块程序的编制
6.3.4 模块性能的验证
6.4 方案评价计算模块
6.4.1 模块功能的设定
6.4.2 关键参数的算法
6.4.3 模块程序的编制
6.4.4 模块性能的验证
6.5 方案性能优化模块
6.5.1 模块功能的设定
6.5.2 主要参数的算法
6.5.3 模块程序的编制
6.5.4 模块性能的验证
6.6 本章小结
结论与展望
参考文献
附录一 住区热环境设计参数实测数据
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]绿化住区的室外气温预测模型研究[J]. 吴杰,张宇峰,麦锦博. 建筑科学. 2016(04)
[2]珠三角城市群热岛及其气象影响因子研究[J]. 丁硕毅,乔冠瑾,郭媛媛,伍雨轩,王宝民. 热带气象学报. 2015(05)
[3]低碳可持续性评价:从单体建筑到街区尺度——德国DGNB-NS新建城市街区评价体系对我国的启示[J]. 石铁矛,王大嵩,李绥. 沈阳建筑大学学报(社会科学版). 2015(03)
[4]7种园林绿化树种蒸腾耗水特性研究[J]. 苗婷婷,杨婷婷,丁增发,夏尚光. 四川林业科技. 2014(06)
[5]围合式和半围合式建筑群室外气温计算方法研究[J]. 张宇峰,刘登伦. 建筑科学. 2014(08)
[6]中外绿色社区评价体系比较研究[J]. 叶青,赵强,宋昆. 城市问题. 2014(04)
[7]建筑群不均匀性对拖曳力影响的风洞测压实验[J]. 李彪,刘京,高嘉明,李美玲. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(02)
[8]高层居住区规划设计策略的室外热环境效应实测和数值模拟评估[J]. 杨峰,钱锋,刘少瑜. 建筑科学. 2013(12)
[9]基于遥感和GIS的城镇居住区绿化与热岛改善效应研究[J]. 周红妹,葛伟强,杨何群,柏桦,刘洁,杨燕丽,程蕊. 热带气象学报. 2013(04)
[10]各种天气状况下太阳辐射照度与太阳光照度关系[J]. 姚万祥,李峥嵘,李翠,艾正涛. 同济大学学报(自然科学版). 2013(05)
博士论文
[1]高维多目标进化算法及其软件平台研究[D]. 申瑞珉.湘潭大学 2015
[2]室外微气候对建筑空调能耗影响的模拟方法研究[D]. 杨小山.华南理工大学 2012
[3]绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境影响研究[D]. 陈卓伦.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]广州地区围合式住区室内自然通风研究[D]. 张卓鹏.华南理工大学 2013
[2]CTTC模型的实验验证与研究[D]. 刘登伦.华南理工大学 2013
[3]基于Grasshopper的绿色建筑技术分析方法应用研究[D]. 申杰.华南理工大学 2012
[4]广州地区底层架空对教育建筑组团室外热环境影响[D]. 陈光.华南理工大学 2012
[5]方案阶段建筑节能参数化设计方法研究[D]. 余琼.清华大学 2011
[6]建筑室外风环境和室内通风的试验和数值模拟研究[D]. 王旭.浙江大学 2011
[7]基于集总参数法的居住区热环境计算程序开发[D]. 陈佳明.华南理工大学 2010
[8]建筑外墙面热辐射性能对室外温度场的影响[D]. 区燕琼.华南理工大学 2010
[9]面向建筑设计过程的能耗模拟分析——采暖地区居住建筑节能设计程序的开发[D]. 张承.西安建筑科技大学 2003
本文编号：3458631
【文章来源】：华南理工大学广东省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：176 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 课题背景
1.2 国内外研究现状
1.2.1 城市住区的绿色设计优化过程
1.2.2 城市住区现有绿色评价体系
1.2.3 面向方案阶段的设计优化工具
1.2.4 参数化设计与多目标优化
1.2.5 住区室外环境的快速计算方法
1.2.6 总结与讨论
1.3 本论文的研究工作
1.3.1 研究目标
1.3.2 研究内容
1.3.3 工作框架
第二章 城市住区的优化设计方法研究
2.1 概述
2.2 研究背景
2.3 优化设计方法
2.3.1 优化设计阶段的界定
2.3.2 人机结合优化系统的必要性
2.3.3 基于参数化设计方法的优化系统结构
2.3.4 多目标优化设计的数学描述
2.4 优化目标及评价指标的筛选
2.4.1 评价指标的筛选
2.4.2 评价指标的计算方法
2.4.3 评价指标与适应值的换算
2.5 优化平台和模型生成方法的确立
2.5.1 参数化软件平台简介
2.5.2 参数化模型的原理
2.5.3 住区模型生成范例
2.6 智能优化算法和计算插件的选择
2.6.1 进化算法的发展现状
2.6.2 进化寻优算法的原理
2.6.3 参数化设计寻优插件
2.7 本章小结
第三章 住区热岛强度定义及空间尺度的实验研究
3.1 概述
3.2 研究现状
3.2.1 住区的内部环境
3.2.2 住区周边的城区热环境
3.2.3 中尺度气象条件的影响
3.2.4 研究不足
3.3 研究方法
3.3.1 测试住区与时间
3.3.2 热岛计算的基准温度选取
3.3.3 测点布置
3.3.4 热环境测试
3.3.5 热环境设计参数测试
3.4 实测结果
3.4.1 测试日天气条件
3.4.2 热岛计算的基准温度
3.4.3 住区气温
3.4.4 住区热环境设计参数
3.4.5 住区测点气温
3.5 分析与讨论
3.5.1 城区热岛强度
3.5.2 住区热岛强度
3.5.3 住区测点热岛强度
3.5.4 热岛空间尺度分级
3.6 本章小结
第四章 基于改进绿色CTTC模型的住区热岛强度计算
4.1 概述
4.2 绿色CTTC模型简介
4.3 改进绿色CTTC模型
4.3.1 太阳辐射热扰与热时间常数计算方法的改进
4.3.2 太阳辐射-树木-气温算法的改进
4.3.3 阴影率计算的确定
4.4 住区微气候测试方法
4.4.1 测试住区
4.4.2 测试方法
4.4.3 测试时间
4.5 测试结果与分析
4.5.1 城区微气候
4.5.2 住区微气候
4.5.3 树木对流换热率
4.6 模型性能验证
4.6.1 住区气温
4.6.2 住区热岛强度
4.7 本章小结
第五章 住区遮挡效应与建筑表面风压差的计算
5.1 概述
5.2 研究现状
5.3 模拟方法及验证
5.3.1 模拟工况
5.3.2 模拟参数的设置
5.3.3 模拟方法的验证
5.4 模拟结果与分析
5.4.1 单栋建筑风压差系数
5.4.2 住区风压差系数
5.4.3 风压差系数比
5.4.4 住区建筑风压差系数
5.5 住区建筑风压差的计算方法
5.5.1 遮挡效应表征参数
5.5.2 住区建筑风压差的参数化模型
5.6 本章小结
第六章 绿色住区优化设计软件平台的开发
6.1 概述
6.2 软件平台框架
6.3 参数化建模模块
6.3.1 模块功能的设定
6.3.2 主要参数的算法
6.3.3 模块程序的编制
6.3.4 模块性能的验证
6.4 方案评价计算模块
6.4.1 模块功能的设定
6.4.2 关键参数的算法
6.4.3 模块程序的编制
6.4.4 模块性能的验证
6.5 方案性能优化模块
6.5.1 模块功能的设定
6.5.2 主要参数的算法
6.5.3 模块程序的编制
6.5.4 模块性能的验证
6.6 本章小结
结论与展望
参考文献
附录一 住区热环境设计参数实测数据
攻读博士学位期间取得的研究成果
致谢
附件
【参考文献】：
期刊论文
[1]绿化住区的室外气温预测模型研究[J]. 吴杰,张宇峰,麦锦博. 建筑科学. 2016(04)
[2]珠三角城市群热岛及其气象影响因子研究[J]. 丁硕毅,乔冠瑾,郭媛媛,伍雨轩,王宝民. 热带气象学报. 2015(05)
[3]低碳可持续性评价:从单体建筑到街区尺度——德国DGNB-NS新建城市街区评价体系对我国的启示[J]. 石铁矛,王大嵩,李绥. 沈阳建筑大学学报(社会科学版). 2015(03)
[4]7种园林绿化树种蒸腾耗水特性研究[J]. 苗婷婷,杨婷婷,丁增发,夏尚光. 四川林业科技. 2014(06)
[5]围合式和半围合式建筑群室外气温计算方法研究[J]. 张宇峰,刘登伦. 建筑科学. 2014(08)
[6]中外绿色社区评价体系比较研究[J]. 叶青,赵强,宋昆. 城市问题. 2014(04)
[7]建筑群不均匀性对拖曳力影响的风洞测压实验[J]. 李彪,刘京,高嘉明,李美玲. 天津大学学报(自然科学与工程技术版). 2014(02)
[8]高层居住区规划设计策略的室外热环境效应实测和数值模拟评估[J]. 杨峰,钱锋,刘少瑜. 建筑科学. 2013(12)
[9]基于遥感和GIS的城镇居住区绿化与热岛改善效应研究[J]. 周红妹,葛伟强,杨何群,柏桦,刘洁,杨燕丽,程蕊. 热带气象学报. 2013(04)
[10]各种天气状况下太阳辐射照度与太阳光照度关系[J]. 姚万祥,李峥嵘,李翠,艾正涛. 同济大学学报(自然科学版). 2013(05)
博士论文
[1]高维多目标进化算法及其软件平台研究[D]. 申瑞珉.湘潭大学 2015
[2]室外微气候对建筑空调能耗影响的模拟方法研究[D]. 杨小山.华南理工大学 2012
[3]绿化体系对湿热地区建筑组团室外热环境影响研究[D]. 陈卓伦.华南理工大学 2010
硕士论文
[1]广州地区围合式住区室内自然通风研究[D]. 张卓鹏.华南理工大学 2013
[2]CTTC模型的实验验证与研究[D]. 刘登伦.华南理工大学 2013
[3]基于Grasshopper的绿色建筑技术分析方法应用研究[D]. 申杰.华南理工大学 2012
[4]广州地区底层架空对教育建筑组团室外热环境影响[D]. 陈光.华南理工大学 2012
[5]方案阶段建筑节能参数化设计方法研究[D]. 余琼.清华大学 2011
[6]建筑室外风环境和室内通风的试验和数值模拟研究[D]. 王旭.浙江大学 2011
[7]基于集总参数法的居住区热环境计算程序开发[D]. 陈佳明.华南理工大学 2010
[8]建筑外墙面热辐射性能对室外温度场的影响[D]. 区燕琼.华南理工大学 2010
[9]面向建筑设计过程的能耗模拟分析——采暖地区居住建筑节能设计程序的开发[D]. 张承.西安建筑科技大学 2003
本文编号：3458631
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